マルチモーダル干渉計:光ファイバー技術を進化させる新技術(A multimodal light manipulator)

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2025-03-24 ハーバード大学

ハーバード大学の応用物理学者たちは、新しいタイプの干渉計「カスケードモード干渉計」を開発しました。このデバイスは、シリコンオンインシュレーター基板上の単一の導波路にナノスケールの回折格子をエッチングすることで、光の周波数、強度、モードを同時に制御することが可能です。従来のマッハ・ツェンダー干渉計と異なり、ビームの分割を必要とせず、光の振幅と位相を精密に調整できるため、光ファイバー通信、ナノフォトニックセンサー、オンチップ量子コンピューティングなどの分野での応用が期待されます。

<関連情報>

カスケードモード干渉計: スペクトル形状と線幅工学 Cascaded-mode interferometers: Spectral shape and linewidth engineering

Jinsheng Lu, Ileana-Cristina Benea-Chelmus, Vincent Ginis, Marcus Ossiander, and Federico Capasso
Science Advances  Published:19 Mar 2025
DOI:https://doi.org/10.1126/sciadv.adt4154

マルチモーダル干渉計:光ファイバー技術を進化させる新技術(A multimodal light manipulator)

Abstract

Interferometers are essential tools for measuring and shaping optical fields, widely used in optical metrology, sensing, laser physics, and quantum mechanics. They superimpose waves with a mutual phase delay, modifying light intensity. A frequency-dependent phase delay enables spectral shaping for filtering, routing, wave shaping, or multiplexing. Conventional Mach-Zehnder interferometers generate sinusoidal output intensities, limiting spectral engineering capabilities. Here, we propose a framework that uses interference of multiple transverse modes within a single multimode waveguide to achieve arbitrary spectral shapes in a compact geometry. Designed corrugated gratings couple these modes, enabling energy exchange akin to a beam splitter for easy multimode handling. We theoretically and experimentally demonstrate spectra with independently tunable linewidth and free spectral range, along with distinct spectral shapes for various transverse modes. Our method applies to orthogonal modes of different orders, polarization, and angular momentum, offering potential for sensing, calibration, metrology, and computing.

0400電気電子一般
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